автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Снижение шума в рабочей зоне операторов электрогидроимпульсных прессов

На правах рукописи

Козлю к Виталий Викторович

СНИЖЕНИЕ ШУМА В РАБОЧЕЙ ЗОНЕ ОПЕРАТОРОВ ЭЛЕКТРОГИДРОИМПУЛЬСНЫХ ПРЕССОВ

Специальность: 05.26.01 - Охрана труда (в машиностроении)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

12 СЕН 20)3

Ростов-на-Дону, 2013 г.

005532902

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения» и федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Донской государственный технический университет»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор Чукарин Александр Николаевич

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «БЖ и ЗОС» ФГБОУ ВПО «Донской государственный технический университет» Булыгин Юрий Игоревич

кандидат технических наук, старший преподаватель каф. «БЖ» ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» Солод Сергей Алексеевич

Ассоциация производителей станкоинсгру-метальной продукции «СГАНКОИНСТРУ-МЕНТ» (г.Москва)

Защита состоится 11 октября 2013 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.058.06 при ФГБОУ ВПО «Донской государственный технический университет" (ДГТУ) по адресу: 344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1, ауд. 1-252.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДГТУ.

Автореферат разослан »Х9» августа 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., профессор

А.Т. Рыбак

О-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Кузнечно-прессовое производство является одним из наиболее шумо- и виброопасным на предприятиях машиностроения. Действительно, уровни шума на рабочих местах операторов кузнечно-прессового оборудования намного превышают санитарные нормы, что негативно сказывается на состоянии здоровья.работающих и производительность труда.

В настоящее время всё большее применение в различных отраслях машиностроения находят электрогидроимпульсные пресса в силу своей компактности, широких технологических возможностей, высокой производительности. Однако эти пресса при всех преимуществах как технологического оборудования обладают существенными недостатками по показателям уровней излучаемого шума, превышающих санитарные нормы на 20 - 40 дБ. Необходимо отметить, что исследования виброакустических характеристик такого оборудования практически не проводились.

Таким образом, задача снижения шума в рабочей зоне электро-гидроимпульсных прессов является актуальной и имеет большое научно-техническое, и социально-экономическое значение.

Цель данной работы заключается в улучшении условий труда операторов электрогидроимпульсных прессов за счет снижения уровней шума до санитарных норм.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- описаны закономерности формирования спектров шума и вибрации электрогидроимпульсных прессов, учитывающие особенности компоновки несущей системы, обрабатываемых заготовок и штампового инструмента (05.26.01 п.7);

- получены аналитические зависимости уровней звукового давления электрогидроимпульсных прессов на основании разработанной модели виброакустической динамики позволяющие определить количественный вклад отдельных излучателей в акустические характеристики в рабочей зоне (05.26.01 п.7).

Практическая ценность работы состоит в следующем:

- разработана инженерная методика расчета спектров вибрации и шума электрогидроимпульсных прессов, позволяющая на стадии расчетов и проектирования выявить долевой вклад основных источников в формирование звукового поля в рабочей зоне и обосновать способы доведения уровней звукового давления до санитарных норм;

- разработана система шумозащиты зоны обработки, внедрение которой обеспечило выполнение санитарных норм шума в рабочей зоне электрогидроимпульсного пресса.

Внедрение результатов исследования осуществлено на ЗАО «Донкузлитмаш».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Всероссийской научно-практической конференции (г. Ростов н/Д, РГУПС, Транспорт-2011), Всероссийской научно-практической конференции (г. Ростов н/Д, РГУПС, Транспорт-2012), Всероссийской научно-практической конференции (г. Ростов н/Д, РГУПС, Транспорт-2013), Всероссийской научно-практической конференции (г. Ростов н/Д, ДГТУ, Транспорт, логистика, безопастность-2010), IV Международная научно -практическая конференция: Инновационные технологии в машиностроении и металлургии (г. Ростов н/Д, ДГТУ, 2012).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 научных работ, из которых 2 входят в перечень ВАК России ведущих рецензируемых научных журналов и изданий.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы из 123 наименований, имеет 33 рисунка, 9 таблиц и изложена на 122 страницах машинописного текста основной части и 26 страницах приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, направленной на решение важной научно-технической и социально-экономической задачи улучшения условий труда операторов электрогид-роимпульсных прессов за счет снижения уровней шума в рабочей зоне до санитарных норм, сформированы научная новизна и практическая ценность.

В первой главе представлен аналитический обзор выполненных ранее теоретических, экспериментальных исследований и практических рекомендаций по снижению шума и вибраций кузнечно-прессового оборудования, листоштамповочных полуавтоматов, ножниц для резки арматурных стержней и комбинированных гидравлических пресс-ножниц. Среди исследований шума и вибраций кузнечно-прессового оборудования необходимо отметить работы отечественных ученых В.И. Заборова, А.П. Колчина, Л.Ф. Логунова, Ю.А. Миропольского, А.И. Храмова, A.B. Мулина, Г.В. Самодурова и др. Большинство исследований выполнено применительно к снижению вибраций передаваемых на фундаменты. Обращает на себя внимание недостаточность теоретических исследований процессов шумообразования и методов расчета акустических характеристик при проектировании кузнечно-прессового оборудования. Следует отметить теоретические исследования виброакустических характеристик листоштамповочных полуавтоматов Г.В. Самодурова. В этих работах описание процесса шумообразования несущей системы основано на методах энергетического баланса пластинчатых конструкций, а заготовок на пресс-ножницах на модели балки, установленной на жестком основании. В качестве практических рекомендаций разработаны способы повы-

шения демпфирующих характеристик приводных зубчатых передач и звукозащитные конструкции, устанавливаемые на рольганговые подающие механизмы.

Несущая система электрогидроимпульсных прессов как конструкция пластинчато-стержневая, по причине своего технологического процесса обработки имеет существенные отличия. Поэтому модели виброа-кусгической динамики рассматриваемого в работе оборудования и методы расчета шума требуют значительных уточнений, учитывающих характерные особенности общей акустической системы и условий эксплуатации. Необходимо отметить, что уровни звукового давления, создаваемые в рабочей зоне электрогидроимпульсных прессов на 10 - 15 дБ выше, чем у листоштамповочных полуавтоматов. Таким образом, задача моделирования процесса шумообразования электрогидроимпульсных прессов, методов расчета их спектров шума и способов снижения акустических характеристик до санитарных норм является актуальной.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие научные задачи:

1. Разработать модели виброакустической активности электрогидроимпульсных прессов для механической обработки листов из конструкционной стали.

2. Произвести теоретический анализ разработанных моделей и получить аналитические зависимости для определения уровней структурного и воздушного шума электрогидроимпульсных прессов с учетом их конструктивных особенностей и технологических режимов обработки.

3. Провести экспериментальные исследования вибрации и шума на электрогидроимпульсных прессах.

4. Разработать методику инженерного расчета шума электрогидроимпульсных прессов на стадии проектирования, включая практические рекомендации по достижению санитарных норм шума.

Во второй главе приводятся результаты теоретических исследований спектров шума электрогидроимпульсных прессов. Согласно компоновки общей акустической системы в качестве моделей источников шума приняты:- цилиндр ограниченной длины для вертикальных направляющих, пластина ограниченных размеров для обрабатываемого листового материала, точечные источники для штампового инструмента.

Для таких излучателей получены следующие выражения уровней звуковой мощности 1Ш, - соответственно)

/^2 = 201 ъЭкЮ +156 ,

где М - масса элемента ограждающей поверхности, кг; - скорость

колебаний на собственной частоте, м/с; Р„ - сила, действующая на пластину, Н; А - амплитуда силы, Н; к - коэффициент, учитывающий собственные частоты колебаний инструмента; / - вылет инструмента, м; си. - круговая собственная ..частота колебаний,р/с; I - момент инерции, мД1^;п Щ0ЩаДЬ,,поверхнор:и инструмента, м2; /т„ - собственные частоты колебаний пластины, Гц; О - диаметр направляющей, м.

Можно предположить* что основная для звуковой энергии, которая, и ^создает,,превышения над санитарными нормами шума, излучается непосредственно из зоны обработки. В этом случае наиболее рациональным вариацт9.м3с^<^емь1 шумозащиты является >звукозащитная конструкция с максимально возможной герметизацией. В этом-случае излучение звука от основных источников (штампового инструмента, обрабатываемых заготовок и вертикальных направляющих) происходит в замкнутое пространство прямоугольной формы. Уровни шума в рабочей зоне с учетом импедансов ограждающих элементов определяются из системы уравнений.

(г0 + Зр0С0)аН20-8р0С0)в = ч,0, (4) (2е + *+^е " = У*

где 5 - площадь пластины, м2; Ч'0 - коэффициент диффузности несущей

системы; Ч'е - коэффициент диффузности обрабатываемого листа; ра и

С0 - плотность воздуха (кг/мЗ) и скорость звука в воздухе (м/с); а и Ь -

амплитуды прямой и обратной волн; 20 - импеданс несущей стенки; 2е -импеданс обрабатываемого листа.

В производственных условиях вследствие высокой шумоактивно-сти такое оборудование в ряде случаев располагается в отдельных помещениях. Поэтому в работе получена зависимость, учитывающая акустические характеристики источников шума, системы шумозащиты и производственного помещения.

А И со /

1- 10)1 2 -6 ♦ 1,4*10

{2к-\]

+ 10^ № - 24,

1 — 0,3(2 , 1-1,3« дБ (5)

аогР 2лг2 «Д,

где Зи- звукоизоляция ограждения, дБ; - площадь системы шумоза-щиты, м2; аогр - коэффициент звукопоглощения ограждения; ап - коэффициент звукопоглощения помещения; ¿„.- уровень звуковой мощности, дБ; /• - расстояние от источника шума до внутренней части ограждения,

м. •■■

Как видно из полученной зависимости практически добиться выполнения предельно-допустимых уровней звукового давления в рабочей зоне можно только путем обеспечения требуемой величины звукоизоляции системы шумозащиты зоны обработки. Поэтому в левую часть выражения (1.= ) подставлены санитарные значения октавных уровней шума й на этой основе получены параметры конструкции, обеспечивающие требуемую акустическую эффективность.

1-0,3«

311п1Рсв^1. + 1.-1г + 101й-

12 .а

огр (б)

+. 1 о +- 201ё Я - 201ё г + 6,

5 а 5

где Яр - площадь измерительной поверхности, м2 , которая определяется ;

Р п п

следующими величинами; 311 - звукоизоляция ограждения, дБ; ялу) -коэффициент звукопоглощения ограждения; а„ - коэффициент зву&по-' глощения помещения; Ь, и - уровни звукового давления под огражде-' нием и создаваемые несущей системой пресса, дБ; 1с - предельно допустимые октавные уровни звукового давления, дБ; /? - расстояние от ограждения до рабочей зоны, м; г - расстояние от источника шума*дагвнут-ренней части ограждения, м.

В третьей главе приведены результаты обследования условий труда операторов электрогидроимпульсных прессов и результаты экспериментальных исследований спектров виброакустических характеристик и эффективности мероприятий по снижению шума электрогидроимпульсных прессов.

Анализ результатов аттестации рабочих мест операторов кузнеч-но-прессового оборудования (табл. 1) показал, что среди комплекса опасных и вредных производственных факторов основными факторами влияющими на здоровье и работоспособность работника являются тя-

жесть трудового процесса ( оператор более 50% времени находится на ногах) и шум на рабочем месте значительно превышает санитарные нормы.

Таблица 1.

Фактическое состояние условий труда на рабочих местах операторов

Наименование производственного фактора Допустимый уровень Фактический уровень Величина отклонения Класс условий труда

Эквивалентный уровень звука, ДВА 80 86-105 25 3.3

Эквивалентный уровень виброскорости, дБ 107 79-103 - 2

Температура воздуха, °С (категория - Нб) 15-22 21 - 2

Скорость движения воздуха, м/с 0-0,2 0,2 - 2

Влажность воздуха, % 15-75 52 - 2

Освещенность (общая), лк 300 327 - 2

Пыль металлическая 2 н.п.ч. - 2

Напряженность труда - - - 2

Тяжесть труда - - 3.1

Общая оценка условий труда - - - 3.3

Это характерно для всех рабочих мест работников кузнечно-прессовых цехов, причем наибольшую опасность представляют шум электрогидроимпульсных прессов. Поэтому ниже проводится анализ данного класса прессов как источников шума, их конструктивных особенностей.

Цель экспериментальных исследований заключалась в подтверждении теоретических выводов о закономерностях формирования процессов возбуждения вибраций и шумообразования объектов исследования. Экспериментальные исследования проводились на прессах моделей Т 1228 и Т 1225 при обработке заготовок типа тонких пластин и сложного профиля (уголки, швеллера и т.д.). В ходе, экспериментов фиксировались уровни звука (дБА), уровни звукового давления и виброскоросги в октавных и третьоктавных интервалах частот.

Эксперименты проводились измерителем акустическим многофункциональным ЭКОФИЗИКА зав. №ЭФ090095 с использованием преду-силителя Р200 №101846, микрофонного капсюля МК-233 №860 при измерении шума и акселерометра трехкомпонентного АР2082М №9279 при измерении вибраций. Прибор предназначен для измерения среднеквадратичных, эквивалентных и пиковых уровней звука, корректированных уровней виброускорения, октавных, третьоктавных и узкополосных спектров, для регистрации временных форм сигналов с целью оценки влияния звука и вибрации на человека в рабочей зоне, определения виброакустических характеристик механизмов и машин, а также для научных исследований.

Экспериментальные исследования спектров шума и вибрации проводились при пробивке отверстий в швеллерах и двутавровых профилях

из стали и алюминия. Результаты эксперимента показали, что уровни звукового давления при холостом ходу ниже предельно - допустимых значений во всем нормируемом диапазоне частот (рис. 1).

Наиболее интенсивные составляющие спектра зафиксированы в низко и среднечастот-ном диапазоне частот 31,5 - 500 Гц. На более высоких частотах на-алюминиевый; 3 - швеллер стальной; 4 - блюдается спад интен-двутавровый профиль (сталь); 5 - пре- сивности звукового из-дельный спектр лучения 3 - 5 дБ на

октаву.

Рабочий процесс сопровождается увеличением уровней звукового давления на 9 - 10 дБ в области низких и средних частот при неизмен-

Рис. 1. Спектры шума при пробивке отверстий: 1 - холостой ход; 2 - швеллер

ном характере спектрального состава. В области же частот 250 - 8000 Гц существенно изменяется характер спектра, приобретая ярко выраженный высокочастотный характер. Действительно, в четвертой октаве со среднегеометрической частотой 250 Гц превышение уровней звукового давления составляет 4 дБ. На более высоких частотах 500 - 8000 Гц превышение уровней звукового давления над санитарными нормами существенно увеличивается и составляет от 10 до 28 дБ. Характерной особенностью формирования процесса шумообразования является равномерное распределение интенсивности звукового излучения в интервале частот от 500 до 8000 Гц. Профиль заготовки оказывает заметное влияние на интенсивность звукового излучения и практически не влияет на характер спектра шума. Например, уровни шума при пробивке отверстий в стальном швеллере на 2 - 3 дБ больше, чем при аналогичной операции с алюминиевым швеллером.

Идентичность спектрального состава объясняется тем, что у стали и алюминия величина отношения модуля упругости к плотности, которая во многом определяет собственные частоты колебаний, практически одинаковы. Разница в интенсивности звукового излучения объясняется сл едующй м и обстоятел ьства м и:

'J! i- 'эффективный коэффициент потерь колебательной энергии у алюминия приблизительно в пять раз больше, чем у стали;

- силовое воздействие при пробивке отверстий в стальной заготовке больше, чем при аналогичной операции в заготовке из алюминия. При пробивке отверстий в двутавровом профиле' зафиксированы наиболее высокие уровни шума, что может быть объяснено тем, что у двутаврового профиля площадь поверхности больше, чем у швеллера.

Измерения вибраций производились на заготовках, штамповом инструменте, верхней и нижних станинах, на вертикальных направляющих и на рабочем месте оператора.

Спектры вибраций заготовок характеризуются равномерным спадом интенсивности

Рис. 2. Спектры вибраций заготовок при пробивке отверстий: 1 - стальной швеллер; 2 - двутавровый профиль; 3 - алюминиевый швеллер

составляющих спектра до шестой октавы со среднегеометрической частотой 1000 Гц. Спад интенсивности составляет 2 - ЗдБ на октаву (рис. 2). В области частот выше 1000 Гц интенсивность вибрации возрастает и составляет 2 - 3 дБ на октаву (в седьмой и восьмой октавах). В девятой октаве уровень виброскорости уменьшается на 5 дБ.

Максимальные уровни виброскорости зафиксированы на стальном швеллере. Уровни виброскорости на двутавровом профиле на 2 - 3 дБ ниже. Эти данные подтверждают результаты измерений уровней Шума. Площадь поверхности звукового излучения двутаврового профиля больше, чем у швеллера.

Уровни шума при пробивке отверстий в двутавровом профиле выше, чем при аналогичной обработке швеллера, а уровни виброскорости ниже. Уменьшение скорости колебаний при обработке таких изделий (по сравнению со швеллером) компенсируется увеличением площади.

Спектры вибраций на инструменте носят еще более высокочастотный характер (рис. 3). Наиболее интенсивные уровни вибраций расположены в высокочастотной части спектра 2000 - 8000 Гц. Эти результаты также согласуются с данными измерений уровней шума.

Спектры вибраций на подвижной и неподвижной станинах имеют низкочастотный характер. В этом заключается их основное отличие от аналогичных спектров вибрации заготовок и инструмента. Разница в уровнях виброскоросги станин, заготовок и инструмента достигает 25 дБ, в особенности, в среднечастотной и высокочастотной части спектра.

Следует отметить, что уровни виброскорости на вертикальных направляющих существенно выше, чем на станинах.

Уровни виброскорости в рабочей зоне оператора существенно ниже санитарных норм и в работе не приводятся.

Уровни шума при обработке заготовок типа пластин приведены на

рис 4.

Рис. 3. Спектры вибраций: 1 - на инструменте при пробивке отверстий в сталь-

ном швеллере; 2 - на инструменте при пробивке отверстий в алюминиевомшвел-лере; 3 - на вертикальных направляющих; 4 - на станинах

Ц дБ ГТ

100 !-Л - ' ч

90 т........; \

80 < 1

70 ~ т

60 Ьи

63

В основном, закономерности формирования спектрального состава шума существенных изменений не претерпевают. Вследствие чего существенно большей площади звукового излучения заготовок уровни звукового давления на 3 - 5 дБ выше, чем при обработке сложных профилей. . Кроме этого следует отметить существенное увеличение уровней звукового давления в

низкочастотном диапазоне 125 - 250 Гц, где увеличение уровней шума составляет 10 - 14 дБ. Фактически превышение уровней звукового давления в данном случае в сравнении с предельно - допустимыми значениями составляет 7-26 дБ. Распределение интенсивности вибрации по элементам пресса аналогично вышеописанному.

В четвертой главе представлена комплексная методика расчета

акустических характе-

250 1000 4000/^Гц Рис. 4. Спектры шума при обработке заготовок типа пластин: 1 - рабочий режим; 2 - предельный спектр

¿,ДБ

250 1000 4000£Гц Рис. 5. Расчетные спектры шума: 1 - штампового инструмента; 2 - пластины; 3 - вертикальных направляющих; 4 - станины

рисгик объектов исследования и эффективность мероприятия по снижению шума элек-трогидроимпульсных прессов. Результаты расчетов уровней шума отдельных элементов акустической системы электрогидроимпульс-ных прессов приведены на рис. 5.

Анализ полученных результатов выявил долевой вклад каждого излучателя в процесс шумообразования пресса в целом.

Уровни звукового давления станин не превышают санитарных норм шума во всём нормируемом диапазоне частот. Необходимо отметить, что расчетные значения уровней звукового давления станин на 2 -3 дБ выше, чем рассчитанные по экспериментальным значениям октав-ных уровней виброскорости. К интересным результатам с точки зрения практических рекомендаций по снижению уровней Шума следует отнести тот факт, что уровни звукового давления вертикальных направляющих превышают санитарные нормы в средне- и высокочастотной части спектра 500 - 8000 Гц и величины превышений составляют 3 - 7 дБ.

Максимальные уровни звукового давления создают штамповый инструмент и обрабатываемый листовой материал. Таким образом, результаты расчетов подтвердили правильность теоретического подхода и достоверность экспериментальных данных о закономерностях процесса шу-мообразования электрогидроимпульсных прессов.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований закономерностей шумообразования, разработанная методика расчета показала, что формирование спектров шума в рабочей зоне операторов электрогидроимпульсных прессов практически полностью определяется звуковым излучением зоны обработки. Поэтому в качестве практических решений по доведению уровней до норм в рабочей зоне операторов предложена звукоизолирующая конструкция зоны обработки. Конструкция системы шумозащиты определяется следующими требованиями:

- необходимость визуального контроля оператора процесса обработки;

- простота, технологичность, удобство в эксплуатации пресса;

- обеспечение санитарных норм шума в рабочей зоне оператора.

В качестве исходных данных для акустического расчета по критерию требуемой звукоизоляции принята разница октавных уровней звукового давления в рабочей зоне (причем максимальных значений при выполнении технологического процесса) и предельно-допустимых величин.

В качестве материала элементов звукоизолирующей конструкции выбрано органическое стекло. Габаритные размеры определяются размерами неподвижных элементов несущей системы пресса.

Необходимо отметить, что в работе рассмотрен вариант снижения уровней шума на рабочем месте оператора при условии одновременной работы нескольких идентичных прессов. Поэтому требуемые величины снижения уровней звукового давления для одного пресса увеличены на 5 - 6 дБ, т.к. при одновременно звуковом излучении нескольких источников их уровни шума суммируются логарифмически.

Результаты расчетов показали, что для выполнение санитарных норм шума элементы ограждения наиболее предпочтительны по простоте технологичности и стоимости следующие комбинации материалов:

- сталь 1 мм и линолеум 3,5 мм;

- двойное остекление толщиной 5 мм каждого стекла с воздушным промежутком 8-10 мм.

Звукоизолирующее ограждение состоит из боковых, фронтальной и тыльной частей. Боковые ограждения сделаны стационарными жестко закрепленными на стальном листе из:

- пластин резиново губчатых технических;

- винилискожы перфорированной дублированной;

- ШОМа (материал шумозащитный облицовочный с липким монолитным слоем).

Данные материалы имея большой звукопоглощающий коэффициент занимают минимальный объем рабочего пространства пресса.

Рис. 6. Схема пресса: 1 - боковое стационарное ограждение; 2 - верхняя часть состоящая из двойного остекления; 3 - петли; 4 - магниты; 5 - нижняя часть состоящая из стали со слоем линолеума; б - корончатые гайки; 7 - отверстие для пробивке швеллеров и двутавров; 8 - трубопровод. Звукоизолирующее ограждение фронтальное и тыльное идентичны, состоят из двух частей. Верхняя часть, представляет собой двойное остекление, крепящиеся к уголкам несущей системы на петлях с одной

стороны и на магнитах с двух других, и имеет возможность открываться по необходимости. Вторая, нижняя часть, состоит из стали 1 мм со слоем линолеума 3,5 мм и крепится благодаря корончатым гайкам (можно также использовать для перемещения нижней части направляющие, и закреплять на защелки). Также для удобства при пробивке швеллеров и двутавров, нижнее ограждение меняется на такоеже, только с предусмотренным отверстие для данных изделий, что значительно упрощает и ускоряет работу. На верхней панели звукозащитной конструкции предусмотрено отверстия для трубопровода, которое герметизируется резиновым кольцом. Схема пресса представлена на рис. б. Для виброизоляции ограждения от несущей системы пресса использованы прокладки из резины 1002 (коэффициент потерь колебательной энергии ^ = 0,6) толщиной 2-4 мм.

Для экспериментального определения звукоизолирующей эффективности ограждения применялся метод прозвучивания. Под ограждением в месте расположения источника шума устанавливается искусственный источник звука, генерирующий звуковое поле, которое принимается близким к диффузному.

При включенном источнике звука измеряются уровни звукового давления у всех элементов ограждения снаружи и внутри него. Звукоизоляция 1-го элемента ограждения определяется по формуле:

- Т -Т (7)

зи\~ьвн\ нарг

где Ьвн! - уровни звукового давления внутри \ - го элемента ограждения, дБА; Ьцар1 - уровни звукового давления снаружи ¡ -го элемента ограждения, дБА.

100

90

80

70

60

______; ^---- Л —, ? — -—. ---

V- —™

\т § —■

-«к-

—— --- ..............

63 250 1000 4000 Гц Рис. 7. Спектры шума при установленном звукоизолирующем ограждении: 1 - санитарные нормы по шуму; 2 - рабочий режим

Сравнение расчетных и экспериментальных данных звукоизоляции предлагаемой конструкции показало, что экспериментальные величины звукоизоляции на 2 - 3 дБ выше, чем расчетные.

Внедрение разработанных мероприятий на ЗАО «Донкузлитмаш» обеспечило выполне-

ние санитарных норм шума электрогидроимпульсного пресса Т1228 во всем нормируемом частотном диапазоне (рис. 7).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Конечные результаты работы можно представить следующими выводами:

1. Обеспечено выполнение санитарных норм шума в рабочей зоне электрогидроимпульсных прессов. Уменьшение интенсивности звукового излучения из рабочей зоны обработки достигнуто системой шумозащиты с требуемой величиной звукоизоляции.

2. Установлены закономерности шумообразования в рабочей зоне данного типа оборудования, учитывающие параметры технического процесса, конструктивные и физико-механические параметры несущей системы пресса, штампового инструмента и заготовок.

3. Построены математические модели виброакустической динамики основных элементов общей акустической системы, показывающие взаимосвязь между уровнями звукового давления, конструктивными параметрами пресса и условиями его эксплуатации.

4. Получены зависимости для определения уровней звукового давления данного оборудования, что позволяет теоретически оценить ожидаемые уровни шума и выбрать рациональные способы шумозащиты на этапе проектирования самого оборудования.

5. Разработана методика расчета уровней звукового давления отдельных элементов акустической системы электрогидроимпульсных прессов, которая позволяет на этапе проектирования подобного оборудования определить количественный вклад каждого отдельного источника в процесс шумообразования в рабочей зоне, а также величины превышений уровней звукового давления над предельно-допустимыми значениями.

6. Экспериментальные исследования подтвердили правильность математического описания процесса шумообразования, справедливость допущений, принятых при выполнении теоретических исследований.

7. Разработана система шумозащиты зоны обработки электрогидроимпульсных прессов, рассчитанной и спроектированной по критерию требуемой звукоизоляции. Внедрение данной системы привело к выполнению санитарных норм шума на участке электрогидроимпульсных прессов.

Ожидаемый годовой социально-экономический эффект от внедрения на ЗАО «Донкузлитмаш» составляет 57 тыс. рублей (в ценах 2012г).

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

Статьи в журналах, входящих в «Перечень ведущих научных журналов и изданий»:

1. Козлюк, В.В. Моделирование шумообразования в рабочей зоне

электрогидроимпульсных прессов и станков фрезерной группы при ограждении зоны резания акустическими экранами/П.Г. Иваночкин, В.В. Коз-люк, Е.А. Мамченко, В.А. Финоченко//Вестник РГУПС. - 2012. №2. - С. 27 - 30.

2. Козлюк, В.В. Экспериментальные исследования спектров шума и вибрации в рабочей зоне электрогидроимпульсного пресса / В.В. Козлюк, А.Н. Чукарин // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2013. - №5-6. (74) С. 120 - 124.

Статьи в других научных изданиях:

3. Козлюк, В.В. Теоретические исследования шумообразования при пробивке отверстий на электрогидроимпульсном прессе / В.В. Козлюк // IV Международная научно - практическая конференция: Инновационные технологии в машиностроении и металлургии. Ростов н/Д, ДГТУ, 2012. - С. 174 - 177.

Доклады и тезисы докладов на конференциях:

4. Козлюк, В.В. Борьба с шумом / В.В. Козлюк, В.А. Назимко // Всероссийская научно-практическая конференция Транспорт-2010 Ростов н/Д, РГУПС, 2010. Ч.З - С. 147-148.

5. Козлюк, В.В. Экспериментальное исследование шума на электрогидроимпульсных прессах, эксплуатируемых на электровозоре-монтных заводах / В.В. Козлюк // Всероссийская научно-практическая конференция Транспорт, логистика, безопасгность-2010 г. Ростов н/Д, ДГТУ, 2010. - С. 65-66.

6. Козлюк, В.В. Решение проблемы акустического загрязнения окружающей среды/В.В. Козлюк, В.А. Финоченко // Всероссийская научно-практическая конференция Транспорт-2010 Ростов н/Д, РГУПС, 2011. Ч.З -17 С.

7. Козлюк, В.В. Экспериментальные исследования шума в рабочей зоне электрогидроимпульсных прессов / В.В. Козлюк // Всероссийская научно-практическая конференция Транспорт-2012 Ростов н/Д, РГУПС, 2012. 4.2 - С. 247-248.

8. Козлюк, В.В. Эффективность мероприятий по снижению шума электрогидроимпульсных прессов / В.В. Козлюк, В.А. Финоченко, А.Н. Чукарин // Всероссийская научно-практическая конференция Транспорт-2013 Ростов н/Д, РГУПС, 2013. 4.2 - С. 176-177.

В печать 27.08.2013.

Формат 60x84/16. Бумага тип №3. Офсет.

Объем 1,0 у сл.пл. Заказ №857. Тираж 100 экз. Цена свободная

Издательский центр ДГТУ

Адрес университета и полиграфического предприятия: 344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина,!.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения» Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Донской государственный технический университет»

СНИЖЕНИЕ ШУМА В РАБОЧЕЙ ЗОНЕ ОПЕРАТОРОВ ЭЛЕКТРОГИДРОИМПУЛЬСНЫХ ПРЕССОВ

04201362141

На правах рукописи

Козлюк Виталий Викторович

05.26.01 - Охрана труда (в машиностроении)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель д.т.н., проф. А.Н. Чукарин

Ростов-на-Дону

2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................... 4

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА............................................................................7

1.1. Методы снижения вибраций, создаваемых оборудованием ударного действия.................................................... 7

1.2. Снижение шума оборудования ударного

действия................................................................ 9

1.3. Теоретические исследования, посвященные расчету оборудования ударного действия.................................. 19

1.4. Исследование коэффициента потерь колебательной

энергии пластин................................................... 21

1.5. Эффективность мероприятий по снижению шума и внедрение результатов исследований........................... 24

1.6. Выводы по главе..................................................... 30

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ШУМООБРАЗОВАНИЯ

ЭЛЕКТРОГИДРОИМПУЛЬСНЫХ ПРЕССОВ...................... 32

2.1. Выбор моделей источников шума.............................. 32

2.2. Вывод зависимостей звуковой мощности листового материала.............................................................. 43

2.3. Вывод зависимостей виброскоростей штампового инструмента при пробивке отверстий.......................... 45

2.4. Вывод зависимостей уровней шума в рабочей зоне электрогидроимпульсных прессов при наличии звукозащитного ограждения зоны обработки.................. 46

2.5. Выводы по главе..................................................... 55

3. ОЦЕНКА УСЛОВИЙ ТРУДА ОПЕРАТОРА ЭЛЕКТРОГИДРОИМПУЛЬСНОГО ПРЕССА. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СПЕКТРОВ ШУМА И ВИБРАЦИИ............................ 57

3.1. Влияние факторов производственной среды. Аттестация рабочего места оператора электрогидроимпульсного пресса.................................................................. 57

3.2. Результаты измерений шума и вибрации при пробивке отверстий.............................................................. 67

3.3. Обработка результатов измерений.............................. 73

3.4. Выводы по главе..................................................... 78

4. КОМПЛЕКСНАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА АКУСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОГИДРОИМПУЛЬСНЫХ ПРЕССОВ НА СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ................................. 79

4.1. Методика расчета уровней шума заготовок........................................81

4.2. Методика расчета уровней шума несущей системы электрогидроимпульсного пресса................................................................88

4.3. Методика расчета уровней шума инструмента электрогидроимпульсного пресса..............................................................92

4.4. Эффективность мероприятий по снижению шума электрогидроимпульсных прессов..............................................................99

4.5. Выводы по главе......................................................................................................107

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ........................................108

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК....................................................110

Приложение А................................................................. 123

Приложение Б................................................................. 148

ВВЕДЕНИЕ

Кузнечно-прессовое производство является одним из наиболее шумо- и виброопасных на предприятиях машиностроения. Несмотря на работы, проводимые в нашей стране, а также зарубежными специалистами, проблемы снижения вибраций и шума кузнечно-прессового оборудования сохраняют свою актуальность. Действительно, уровни шума на рабочих местах операторов кузнечно-прессового оборудования намного превышают санитарные нормы, что негативно сказывается на состоянии здоровья работающих и производительность труда. Кроме этого шум излучающий кузнечно-прессовым оборудованием, создает превышения над предельно-допустимыми уровнями звукового давления не только в самих производственных помещениях, но и в административных корпусах.

В настоящее время всё большее применение в различных отраслях машиностроения находят электрогидроимпульсные пресса в силу своей компактности, широких технологических возможностей, высокой производительности. Однако эти пресса при всех преимуществах как технологического оборудования обладают существенными недостатками по показателям уровней излучаемого шума, превышающих санитарные нормы на 20 - 40 дБ. Необходимо отметить, что исследования виброакустических характеристик такого оборудования практически не проводились.

Таким образом, задача снижения шума в рабочей зоне электрогидроимпульсных прессов является актуальной и имеет большое научно-техническое и социально-экономическое значение.

Целью диссертационной работы заключается в улучшении условий труда операторов электрогидроимпульсных прессов за счет снижения уровней шума до санитарных норм.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- описаны закономерности формирования спектров шума и вибрации электрогидроимпульсных прессов, учитывающие особенности компоновки несущей системы, обрабатываемых заготовок и штампового инструмента (05.26.01 п.7);

- получены аналитические зависимости уровней звукового давления электрогидроимпульсных прессов на основании разработанной модели виброакустической динамики позволяющие определить количественный вклад отдельных излучателей в акустические характеристики в рабочей зоне (05.26.01 п.7).

Практическая ценность работы состоит в следующем:

- разработана инженерная методика расчета спектров вибрации и шума электрогидроимпульсных прессов, позволяющая на стадии расчетов и проектирования выявить долевой вклад основных источников в формирование звукового поля в рабочей зоне и обосновать способы доведения уровней звукового давления до санитарных норм;

- разработана система шумозащиты зоны обработки, внедрение которой обеспечило выполнение санитарных норм шума в рабочей зоне электрогидроимпульсного пресса.

Исследования проводились с привлечением основных положений технической виброакустики, статистических методов обработки экспериментальных данных. Экспериментальные исследования проводились в производственных условиях ОАО «ВАСО», ЗАО «Донкузлитмаш». Измерения проводились испытательной лабораторией научно-производственного центра «Охрана труда», аккредитованного в системе аккредитации аналитических лабораторий № РОСС Яи.ООО 1.516980 (Приложение А).

Ожидаемый годовой социально-экономический эффект от внедрения на ЗАО «Донкузлитмаш», рассчитанный по методике определения экономической эффективности от производства и использования новых средств труда с улучшенными характеристиками и повышении ее

производительности труда от снижения шума, составляет 57,0 тыс. рублей на один пресс (в ценах 2012 г.).

Результаты исследований внедрены на ЗАО «Донкузлитмаш» на электрогидроимпульсном прессе Т1228.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы из 123 наименований, имеет 33 рисунка, 9 таблиц и изложена на 122 страницах машинописного текста основной части и 26 страницах приложений.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Методы снижения вибраций, создаваемых оборудованием

ударного действия

При индустриальном обществе широкое развитие получило станкостроение, возникло множество разнообразных станков. Но вместе с положительными эффектами от станков исходит и отрицательный, наиболее вредное и чувствительное влияние на человека оказывает шумовое и вибрационное воздействие. К оборудованию такого типа можно отнести кузнечно-прессовое оборудование, металлорежущее и деревообрабатывающее, но свое внимание заострим на кузнечно-прессовом оборудовании.

Среди исследований, посвященных исследованию вибраций и шума кузнечно-прессового оборудования, основные достижения получены в области снижения вибраций [1-94]. В этой работе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований по снижению вибрации самого оборудования, защите персонала и виброчувствительного оборудования.

По снижению шума и вибраций для кузнечно-прессового оборудования постоянно проводятся работы, как в нашей стране, так и за рубежом. В этой области можно отметить исследования В.И. Заборова, Ю.А. Миропольского, A.B. Мулина, Ф.А. Барбинова, Э.Д. Вервекина, Р.В. Соловьева, З.С. Головиной, С.П. Алексеева, А.П. Колчина, P.A. Крамаренко, Л.Ф. Логунова, Самодурова Г.В., И.Р. Тимофеева, А.И. Храмова и других, а также зарубежные ученые К. Сасаки, С. Беккера, А. Сильвертона, С. Гюнтера, Г. Хумберта, М. Ланга, С. Алена, Р. Блома, Н. Хофмана, Ф. Хиросы и др.

Широко и успешно применяется метод подшаботной виброизоляции, когда виброактивность фундамента молота, снижается за счет установки

амортизаторов непосредственно под шабот молота. Амортизатором для таких конструкций служат резино - металлические элементы, рессоры, пневматические и другие устройства. К недостаткам данного метода следует отнести высокую стоимость, значительные размеры, особенно по глубине заложения, сложность установки. Более технологичной является схема, где используются резино - пружинные амортизаторы [7], выполненные из установленных в торец толстостенных резиновых труб и цилиндрических винтовых пружин.

Известна реализация виброизоляции молотов при их совместной установке на железобетонную плиту, которая смонтирована на 48 пневмоамортизаторах [10].

Результаты лабораторных исследований демпферов с вязким составом представлены в статье Гитмана Ф.М. [15]. Данные исследования были проведены для расчетного определения демпфирования при проектировании виброизоляции фундамента. При учете сил сопротивления, которые пропорциональны скорости перемещения, движение изолируемой установки после удара описываются уравнением

где т 1 - масса падающей бабы, кг;

т2 - масса подшаботного массива, шабота, станины молота, кг;

р - сопротивление демпфирования в кг с/см;

с - коэффициент жесткости, кг/см;

у'- скорость вертикального перемещения, м/с;

у"-ускорение, м/с.

Анализ этого уравнения позволил получить некоторые зависимости для определения вязкой жидкости определенного состава и установить размеры демпферов, состоящих из горизонтальных и вертикальных пластинок.

(1.1)

Уравнение (1.1) описывает движение единой системы и не позволяет рассчитывать спектр вибрации фундамента, что не позволяет определить уровень шума. Принципиально возможно применение для целей снижения вибраций пластинчатых демпферов, которые состоят из набора гофрированных металлических пластин с прокладками. В ряде случаев, возможно, применять дубовые подушки.

Защита от вибрации обслуживающего персонала и виброчувствительного оборудования эффективно решается методами их виброизоляции от источников вибрации. Диапазон волн вибрации ограничен диапазоном частот от 8 до 30 Гц, поэтому устройства виброизоляции обеспечивают частоты не больше 10-15 Гц.

Имеющиеся к сегодняшнему дню разработки по снижению вибраций носят достаточно универсальный характер и могут быть применены для рассматриваемого в работе оборудования.

1.2. Снижение шума оборудования ударного действия

Большинство видов кузнечно-прессового оборудования относится к машинам ударного действия, при работе которых возникает импульсный шум. Уровни шума на рабочих местах в большинстве случаев превышают допустимые. Наибольший уровень шума при работе молота возникает в зоне обработки. Снижению аэродинамического шума, создаваемого штамповочным молотом, посвящены исследования Р.А.Крамаренко и И.Р.Тимофеева [16]. Рассматриваются источники шума, продолжительность, уровень шума, создаваемого каждым источником. По мнению авторов, начальным источником шума на штамповочном молоте является сжатый воздух, поступающий из межштамповочного объема для уменьшения расстояния между половинками штампа [16]. Давление и температура воздуха в межштамповочном объеме при этом повышается. Дополнительное увеличение давления происходит за счет газообразования

при сгорании смазочного материала штампа. Воздушный выхлоп из межштамповочного объема создает кратковременный импульсный шум в пределах 140 дБ [16, 17], что приводит к болевым ощущениям у обслуживающего персонала. Целью данной работы является дальнейшее изучение физического процесса возникновения аэродинамического шума от идущей воздушной струи и нахождение средств борьбы с ним, а также теоретическое определение основных конструктивных размеров шумозаглушаюших устройств в зависимости от конечной к скорости движения бабы и размеров зеркала штампа.

Снижение аэродинамического шума при работе штамповочного молота, связано с торможением и разрушением струи воздуха, исходящего из межштампового промежутка при смыкании штампов, или пространства вокруг штампа.

Пассивные шумопоглощающие устройства, не воздействуя на источник возникновения шума, ограничивают распространение звуковых колебаний от него в изолированной области. Конструктивно они представляют собой экраны, сетки, устанавливаемые вокруг штампов под определенным углом к плоскости его разъема и на расстоянии, не больше, чем длина участка струи, создающего наибольший уровень аэродинамического шума. Авторы приводят результаты приближенного расчета объема канавок и высоты перекрытия Н1 экраном плоскости разъема штампов, расстояния А от боковой кромки штампа и угла наклона а.

- высота выступа половины штампа

Л <(5 + 6) АН (1.2)

- коэффициент запаса перекрытия, равный 1,5-2.

Hl=AH(\+—tgal)kl (1-3)

АН

Угол а наклона экрана к плоскости разъема половин штампа ориентировочно определяется по данным обработки эксперимента [16].

Вопрос о целесообразности применения того или иного конструктивного решения шумоглушащего устройства должен решаться для конкретного штампа, его конструкции, размеров, прочностных характеристик и условий его эксплуатации. При замерах шума на работающем штамповочном молоте определено, что максимальное значение шума возникает раньше, чем произошло смыкание штампов при "жестких" ударах, т.е. скорость движения акустического возмущения оказывается больше, чем скорость звука в среде, в которой распространяется акустическая волна, вызванная ударом частей молота, или акустическое возмущение среды возникает раньше, чем произошел удар. Поэтому исследован процесс шумообразования штамповочного молота с начала движения верхнего штампа и до момента смыкания штампов. Для теоретического описания межштамповый объем условно представляется диффузором с уменьшенным прямоугольным сечением. Получены зависимости для расчета изменения давления и скорости истечения потока из межштамповочного объема во времени. Результаты исследований объясняют возникновение максимального аэродинамического шума при завершающих жестких ударах, при которых происходит полное или почти полное смыкание поверхностей штампов. На первых "мягких" ударах пиковое значение шума зависит как от параметров истекающей из межштамповочного объема струи воздуха за счет его уменьшения, так и за счет раздачи поковки, что исследовано на лабораторной установке [24].

Интенсивное излучение шума создают станина и маховик механического пресса [29]. Процесс взаимодействия штампа с заготовкой также носит ударный характер. Увеличение уровней шума при штамповке достигает 10 дБА. Шум включения пресса отсутствует при автоматическом режиме его работы. Снижение шума может быть достигнуто при обеспечении плавного режима процесса включения [1,30], что реализуется заменой механических кулачковых муфт фрикционными или пневматическими. Шум при штамповке уменьшается при использовании

скошенных штампов, вместо прямых, что способствует плавности рабочего процесса. Эти мероприятия позволяют снизить шум на рабочем месте штамповщика на 14дБА [1]. Применение таких штампов обосновано при вырубке деталей большого периметра.

Для уменьшения вибрационного возбуждения деталей молота между шаботом и штамподержателем, а также между клином и штамподержателем устанавливают прокладку из резино-асбеста толщиной 2 мм, выдерживающую давление до 200 кгс/мм и температуру до 500° С [3, 32] или из резиноподобного материала марки ФКС, помещаемого, во избежание выдавливания из стыка в углубление на опорной поверхности штамподержателя. Снижение уровня шума составляет при этом 4 дБА.

Предотвратить распространение вибрации от шабота молота к станине можно путем установки в стыках демпфирующих прокладок или покрытием контактных поверхностей упругими пленками, а также установкой более мощных полиуретановых амортизаторов (рис. 1.1) и увеличением усилий затяжки стыков, исключающих их раскрытие и соударение контакт�